Онлайн
Исследователи по всему миру выращивают миниатюрные органы в лаборатории, чтобы изучить, как новый коронавирус разрушает организм. Изучение этих органоидов показывает универсальность вируса при проникновении в органы, от легких до печени, почек и кишечника. Исследователи также экспериментируют с лекарствами в этих тканях, чтобы выяснить, могут ли такие методы помочь в лечении людей.
Врачи знают от госпитализированных пациентов и по результатам вскрытий, что SARS-CoV-2 может оказать разрушительное воздействие на органы. Но неясно, вызван ли этот ущерб непосредственно вирусом или вторичными осложнениями инфекции. Многочисленные группы используют исследования органоидов, чтобы показать, куда в организме проникает вирус, какие клетки он заражает и какой вред наносит.
«Прелесть органоидов в том, что они напоминают истинную морфологию тканей», — Томас Эфферт, клеточный биолог из Университета Йоханнеса Гутенберга в Майнце.
Но исследования SARS-CoV-2 в органоидах имеют ограничения, потому что они не отражают перекрестные взаимодействия между органами, а это означает, что результаты их работы должны быть подтверждены на животных моделях и в клинических исследованиях, отмечает Барт Хаагманс, вирусолог в Erasmus MC в Роттердаме.
Кадзуо Такаяма, биолог стволовых клеток в Университете Киото, и его коллеги разработали органоиды бронхов с четырьмя различными типами клеток, сделанных из замороженных клеток из наружного слоя бронхов или эпителия. Когда органоиды были заражены SARS-CoV-2, ученые обнаружили, что вирус в основном нацелен на стволовые клетки, которые пополняют клетки эпителия, известные как базальные клетки. При этом, вирус с трудом проникает в защитные секреторные клетки.
Из верхних дыхательных путей вирус может проникать в легкие и вызывать дыхательную недостаточность, серьезное осложнение COVID-19. Используя мини-легкие, Шуйбин Чен, биолог стволовых клеток в Weill Cornell Medicine в Нью-Йорке, показал, что некоторые клетки умирают после заражения и, что вирус вызывает выработку белков, известных как хемокины и цитокины, которые могут вызвать массивный иммунный ответ. Многие люди с тяжелой формой COVID-19 испытывают иммунную реакцию, известную как цитокиновый шторм, который может привести к летальному исходу.
Однако Чен отмечает, что пока остается загадкой, как именно погибают клетки легких — от повреждения, вызванного вирусом, самоиндуцированного разрушения, или из-за сожжения иммунными клетками.
«Мы знаем, что клетки умирают, но не знаем, как», — Шуйбин Чен.
Из легких SARS-CoV-2 может распространяться на другие органы, но механизм этого распространения был исследован только в мае. Биолог стволовых клеток из Института биоинженерии Каталонии Нурия Монтсеррат и ее коллеги в экспериментах на органоидах, сделанных из плюрипотентных стволовых клеток, показали, что SARS-CoV-2 может инфицировать эндотелий — клетки, выстилающие кровеносные сосуды, — который затем позволяет вирусным частицам проникать в кровь и циркулировать по всему организму.
Отчеты о патологии поврежденных кровеносных сосудов у людей с COVID-19 также подтверждают эту гипотезу, говорит Джозеф Пеннингер, генный инженер из Университета Британской Колумбии в Ванкувере.
Исследования органоидов предполагают, что, попав в кровь, вирус может напрямую заразить несколько органов, в том числе почки, как утверждают Пеннингер и Монтсеррат. Хотя вирус инфицировал почечные органоиды, и некоторые клетки погибли, исследователи не уверены, является ли это прямой причиной дисфункции почек, наблюдаемой у некоторых пациентов.
Исследование органоидов печени показало, что вирус может инфицировать и убивать клетки, которые способствуют выработке желчи, известные как холангиоциты. Многие исследователи считают, что повреждение печени, наблюдаемое у людей с COVID-19, было вызвано чрезмерным иммунным ответом или побочными эффектами лекарств, говорит Бинг Чжао, клеточный биолог из университета Фудань в Шанхае. Его работа предполагает, что вирус может напрямую воздействовать на ткани печени, что может привести к поражению этого органа.
Согласно еще одному исследованию вирус может также реплицироваться в энтероцитах, клетках, которые выстилают тонкую и толстую кишку.
Несмотря на распространенность подобных исследований, ученые уверены, что такой тип изучения воздействия вируса на организм находится в зачаточном состоянии.
«Необходимы более сложные органоидные системы, чтобы лучше понять, как вирус взаимодействует с иммунной системой организма и как причиняет вред», — Барт Хаагманс.
«Сейчас мы вполне уверены, что вирус, вызывающий COVID-19, может инфицировать ткани вне легких и внести значительный вклад в развитие болезни», — отмечает Пеннингер. Но более серьезные последствия, такие как поражение почек и сердца, вероятно, связаны с сочетанием вирусной инфекции и чрезмерного иммунного ответа, говорит он.
Ученые также используют органоиды для моделирования реакции лекарств в организме. Многие испытания потерпели неудачу. Так, Чен проверил около 1200 лекарств, одобренных правлением по контролю за продуктами и лекарствами США. Результат дало только противораковое лекарственное средство иматиниб, которое подавляет SARS-CoV-2 в органоидах легких. С тех пор было начато несколько клинических испытаний препарата для лечения COVID-19 на людях.
Источник – National Geographic.
